WO2009047200A1 - Head-up display - Google Patents

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WO2009047200A1
WO2009047200A1 PCT/EP2008/063218 EP2008063218W WO2009047200A1 WO 2009047200 A1 WO2009047200 A1 WO 2009047200A1 EP 2008063218 W EP2008063218 W EP 2008063218W WO 2009047200 A1 WO2009047200 A1 WO 2009047200A1
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WO
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combiner
head
projection unit
display according
display
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Application number
PCT/EP2008/063218
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French (fr)
Inventor
Hans-Georg Heckmann
Friedrich Neuner
Johannes Dumanski
Original Assignee
Linos Photonics Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • G02B5/26—Reflecting filters

Definitions

  • the invention relates to a head-up display according to the preamble of claim 1.
  • Classic head-up displays combine information generated for the driver of a vehicle with the scene in front of the vehicle.
  • the superimposed signal is displayed as a virtual image in front of the windshield, so that the driver can observe the surroundings and the displayed data as simultaneously as possible without having to accommodate the eye differently.
  • head-up displays have long been known in various embodiments, so that the demands on the image quality and the size of the eyebox and the image field, which leads to large and therefore technically problematic image angles, are constantly increasing.
  • head-up displays are multi-colored.
  • head-up displays in the field of water and land vehicles unlike in the aircraft sector, they must be able to be produced as inexpensively as possible.
  • the invention has for its object to realize a high-quality head-up display height adjustable.
  • a separate combiner which is movably mounted.
  • the display of the image on a separate, moveably mounted combiner opens the possibility, via a pivoting movement of the combiner, the vertical offset of a component of the projection unit in a vertical offset of the beam at the viewer's location (ie a vertical offset of the eyebox) without height offset of the virtual image to reach the location of the windshield.
  • a separate combiner offers the possibility of realizing a large eyebox with an equally large viewing angle while maintaining a good image quality, especially a multi-color image by the combiner is provided with a greater curvature or refractive power compared to a windshield and with respect Image quality can be optimally designed. This makes it possible to maintain the image quality even with a pivoting movement of the beam path.
  • the combiner of the head-up display when using a combiner to view the virtual image, it is also not necessary for the combiner of the head-up display to be at the height of the windshield. It would also be possible to provide a combiner advantageously fully mirrored height of the dashboard. This has the advantage that the entire windscreen is available for visibility to the outside.
  • the movement is coupled by the beam displaceable component of the projection unit and the combiner.
  • the coupling can be carried out electronically, preferably via two coordinated drive units. It is easier to couple mechanically, via a drive unit which is in communication with and drives the movable component, the combiner or the coupling and a mechanical coupling unit of the two components. In the latter case, a drive is sufficient and thus more cost-effective, the coupling takes place directly.
  • the ratios of incidence and reflection angles of the combiner and projection unit must be maintained, so that no optical errors, distortions or distortions occur.
  • the combiner must not move out of the beam path. Therefore, the movement of the combiner is preferably tuned to the movement of the optical component.
  • the combiner and the beam displacing optical component rotate about the same axis in the projection unit.
  • the beam displacement takes place via a simple, controlled, coupled movement of the component of the projection unit and of the combiner.
  • the common Axis is advantageously on the surface of the component of the projection unit.
  • the optical component of the projection unit performs a rotary movement, the combiner a pivoting movement.
  • the coupling between combiner and movably arranged component of the projection unit includes a translation. This allows the movement of the components at different angular velocity. As a result, the mechanical conditions can be optimally adapted to the beam path despite direct coupling.
  • the coupling between the combiner and the movably arranged optical component is realized via a coupling gear.
  • the mechanical coupling is done with translation by means of a gear transmission.
  • the required translation over a correspondingly selected number of teeth can be easily realized.
  • the movement of the components takes place by means of a drive which is directly or indirectly connected to one of the coupled components and / or the coupling.
  • This allows an electronic height adjustment of the head-up display done.
  • This has the particular advantage that the height adjustment can be done automatically in the context of a so-called eye-tracking, so an automatic tracking on the basis of the movements of the eyes.
  • the movement of the eye is detected, electronically converted and converted via the drive into a tracking movement of the optical components of the combiner and the movably arranged optical unit of the projection unit.
  • This is particularly advantageous because of the invention, because according to the invention only a few, lightweight optical components have to be moved to small ways to effect height adjustment of the head-up display, but not the entire head-up display, including electronics.
  • This realization of dynamic tracking opens up the possibility of making the Eyebox smaller and thus makes it possible to dimension the optics components smaller and thus lighter and cheaper.
  • a manual adjustment may also be realized, e.g. works by means of an adjusting lever without drive unit.
  • a plane mirror is arranged between the projection unit and the combiner as a movably arranged component, which projects the projected image onto the combiner.
  • Both plane mirror and combiner are movable and preferably mounted so that coupled via a coupled movement of only these two components height adjustment of the eye-box to the driver or the seat adjustment is possible without affecting the quality of the image.
  • the components of the projection unit which are more complicated to adjust and more prone to errors, remain immobile in this advantageous construction.
  • the cover of the head-up display can remain in its global position. Their irradiation with a modified angle of incidence during the movement of the combiner and plane mirror, depending on their thickness, only results in a very slight loss of quality. When installed in different vehicles, but this can be installed according to the nominal angle of incidence so that no losses must be taken. Thus, a particularly great flexibility in terms of installation in different vehicles can be achieved.
  • a so-called triple-notch coating which is specially adapted to the color spectra, ie a coating which reflects the projection unit light projected onto the combiner only in three narrow wavelength ranges, is applied to the reflective concave side of the combiner , This makes it possible to realize a multi-color head-up display, which allows maximum amount of light from the environment to pass through the combiner and still provides a color display image.
  • the combiner is preferably designed as a freeform surface. This also supports the compact design of the optical projection unit with a large eye box.
  • this form of height adjustment can be used particularly advantageously in all vehicles, watercraft and even aircraft.
  • FIG. 1 Schematically an inventive head-up display in a first embodiment
  • Fig. 2 shows the coupling of plane mirror and combiner by means of coupling gear
  • Fig. 3a, b the coupling of plane mirror and combiner by means of gear transmission.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the structure of a head-up display according to the invention, which is installed in a motor vehicle.
  • the head-up display has a projection unit 1 and a combiner unit 2.
  • a plane mirror 3 which is connected via a coupling gear 4 and an extension 5 with the combiner 2 and a cover 6, which includes the optical unit of the head-up display in the cockpit of the motor vehicle.
  • Projection unit 1, plane mirror 3 and coupling gear 4 are located below the cover 6, the combiner unit 2 is located above the cover in front of the windshield. 7
  • the projection unit 1 of the head-up display according to the invention has an image generating device 8, which is designed as illuminated by light emitting diodes or other light sources light modulator such as. LCD or DMD or as a self-luminous display. Furthermore, the projection unit 1 has a combination of a first lens 9, a second lens 10 and a manganese mirror 11 arranged between these two lenses 9, 10.
  • the image to be displayed by the head-up display is generated by means of an LCD 8 illuminated by tricolor LED 's .
  • This image to be displayed is displayed via the opti- see elements 9, 10 and 11 of the projection unit 1 shown in an intermediate image 12.
  • a manganese mirror 11 is arranged between the positive lenses 9 and 10, via which both a folding of the beam path and a correction of the chromatic aberrations caused by the lenses 9 and 10 are undertaken.
  • the Manginapt 11 was positioned so that it lies in the aperture.
  • further EIe- elements, for. B. be avoided with other dispersions or diffractive optical elements for color correction.
  • the color correction is ensured solely by the combination of positive lens 9 for the telecenthe image of the image produced on the display 8, the Mangin mirror 11 with its negative lens and another positive lens 10 arranged in the beam path after the Mangin mirror.
  • the intermediate image 12 is projected via a plane mirror 3 and a combiner 2 in a virtual image, where it can be viewed by the driver of the motor vehicle.
  • the Combiner 2 is relatively strongly curved, it has a high refractive power. This makes it possible to detect the rays running from the edge of the eye box to the edge of the virtual image without having to use extremely large optical elements in the projection unit 1.
  • the Combiner 2 is designed as a freeform surface and coated several times. Double-image suppression, reflectivity and transmission are ensured by this coating. In particular, mention should be made here of the so-called triple-notch coating, a coating which permits increased reflectivity with constant average transmission for three specific wavelength ranges. This specially adapted to the color spectra coating is mounted on the reflective concave side of the combiner 2.
  • Both plane mirror 3 and combiner 2 are movably mounted and connected via a coupling gear 4 and an extension 5 of the same.
  • a coupling gear 4 about a movement of the linkage 4 by means of a drive unit, not shown, the image or the eye box of the observer is adjusted in height and can thus be adapted to the seat adjustment or the size of the viewer.
  • the plane mirror 3 must be turned at half the angular speed.
  • the combiner 2 and the plane mirror 3 should rotate about the same axis, which should preferably lie on the surface of the plane mirror 3. This is made possible by the coupling gear 4 shown in FIG.
  • a multi-link coupling gear 4 is connected to the plane mirror 3 and moves over an extension 5 also not seen in this figure combiner 2.
  • a gear member 41 is fixedly connected to the plane mirror 3, another gear member 42 with the extension of the 5.
  • the Fulcrum 42 is as fixed as fulcrum 44. All other fulcrums are movable and can change their position.
  • the joint- member 45 which motivates the movement of the plane mirror 3 is only half as long as the hinge member 46, which causes the movement of the combiner 2. This ensures that the combiner 2 is always rotated by twice the angular range of the plane mirror 3, so that the beam incidence angle does not change.
  • the glass cover 6 is not moved in the height adjustment. She can stay in her position.
  • FIGS. 3a and 3b A further embodiment for the translation of the movement in the coupling of combiner 2 and plane mirror 3 is shown in FIGS. 3a and in a slightly enlarged view in FIG. 3b.
  • the rotational movement of the plane mirror 3, is effected via a plane mirror gear 131, which is connected to the plane mirror 3.
  • This plane mirror gear 131 is rigidly connected to a combiner gear wheel 132 which moves the extension 5 for coupling the combiner 2 to the plane mirror 3.
  • the movably arranged combiner 2 experiences a pivoting movement.
  • the gears 131 and 132 are driven by drive gears 133 and 134, which engage in the corresponding teeth and which are themselves rotated by an unillustrated axially acting drive.
  • the number of teeth of the tooth edges 131 and 132 determines the gear ratio.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Head-up Display insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einer Projektionseinheit (1) zum Erzeugen eines virtuellen Bildes. Dabei ist wenigstens ein Bestandteil (3) der Projektionseinheit (1) beweglich angeordnet, um einen Höhenversatz des virtuellen Bildes zu gewährleisten. Erfindungsgemäß ist im Strahlengang nach der Projektionseinheit (1) ein Combiner (2) zum Betrachten des virtuellen Bildes angeordnet, wobei der Combiner (2) ebenfalls beweglich gelagert ist. Dadurch kann das Head-up Display einfach an die Größe des Fahrers angepasst werden.

Description

Head-up Display
Die Erfindung betrifft ein Head-up Display nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Mittels der klassischen Head-up Displays werden, für den Fahrer eines Fahrzeuges generierte Informationen, mit der Szene vor dem Fahrzeug kombiniert. Um die Sicht des Fahrers dabei möglichst wenig zu behindern, wird das eingeblendete Signal als virtuelles Bild vor der Windschutzscheibe dargestellt, so dass der Fah- rer möglichst gleichzeitig die Umgebung und die eingeblendeten Daten beobachten kann, ohne das Auge unterschiedlich akkommodieren zu müssen.
Derartige Head-up Displays sind seit längerem in verschiedenen Ausführungsformen bekannt, so dass die Anforderungen an die Bildqualität und die Größe der Eyebox und des Bildfelds, die zu großen und damit technisch problematischen Bildwinkeln führt, ständig steigen. Darüber hinaus wird mittlerweile erwartet, dass Head-up Displays mehrfarbig sind. Insbesondere gilt für Head-up Displays im Bereich der Wasser- und Landfahrzeuge auch, anders als im Flugzeugbereich, dass diese möglichst kostengünstig produzierbar sein müssen.
All diese Funktionalitäten sollen ohne Qualitätseinbußen für Fahrer unterschiedlicher Größe, mit damit unterschiedlichem Blickwinkel auf die Anzeige, gewährleistet sein. Bereits aus der DE 37 12 663 A1 ist bekannt, ein Head-up Display höhenverstellbar zu realisieren. Um das Head-up Display an die Größe des Fahrers anzupassen wird vorgeschlagen, die Bestandteile der Abbildungsoptik zu versetzen.
Damit wandert jedoch das imaginäre Bild in seiner Höhe an der Windschutzscheibe und kann damit bei sehr großen Fahrern sehr weit in das Blickfeld hineinrei- chen und damit die Außensicht stark behindern. Darüber hinaus ist es ohnehin schwierig die Optik so zu optimieren und zu justieren, dass sie die extrem hohen Qualitätsanforderungen bei kostengünstiger platzsparender Bauweise erfüllt, bei einer Versetzung des gesamten Strahlengangs ist es nahezu unmöglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisch hochwertiges Head-up Display höhenverstellbar zu realisieren.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein Head-up Display mit den Merkmalen von Anspruch 1.
Erfindungsgemäß wird bei einem höhenverstellbaren Head-up Display, bei dem der Strahlengang versetzbar ist, nicht die Windschutzscheibe zum Betrachten des virtuellen Bildes benutzt sondern mit einem separaten Combiner gearbeitet, welcher beweglich gelagert ist. Die Anzeige des Bildes an einem separaten, beweg- lieh gelagerten Combiner eröffnet die Möglichkeit, über eine Schwenkbewegung des Combiners, den Höhenversatz eines Bestandteiles der Projektionseinheit in einen Höhenversatz des Strahles am Ort des Betrachters (also einen Höhenversatz der Eyebox) ohne Höhenversatz des virtuellen Bildes am Ort der Windschutzscheibe zu erreichen. Darüber hinaus bietet ein separater Combiner die Möglichkeit der Realisierung einer großen Eyebox bei einem ebenfalls großen Blickwinkel unter Beibehaltung einer guten Bildqualität, insbesondere auch eines mehrfarbeigen Bildes, indem der Combiner mit einer im Vergleich zu einer Windschutzscheibe stärkeren Krümmung bzw. Brechkraft versehen ist und bezüglich der Bildqualität optimal gestaltet werden kann. Dadurch ist es möglich, auch bei einer Schwenkbewegung des Strahlenganges die Bildqualität zu erhalten.
Erst dadurch wird es möglich einen großen Bildfeldwinkel mit kleinen Optikelementen zu realisieren. Durch die größere Brechkraft des Combiners können auch gleichzeitig Probleme mit dem Sonnenfokus gemindert werden, welche bei Ver- wendung der Windschutzscheibe als Combiner aufgrund der großen Eintrittsöff- nung zutage treten würden. Insbesondere ist es bei einem separaten Combiner aber auch möglich und vorteilhaft, spezielle Beschichtungen aufzutragen, welche Doppelbilder unterdrücken und die Teilreflektivität bewirken.
Darüber hinaus ist es bei Verwendung eines Combiners zur Betrachtung des virtuellen Bildes auch nicht notwendig, dass sich der Combiner des Head-up Displays auf Höhe der Windschutzscheibe befindet. Es wäre auch möglich, einen Combiner vorteilhafter Weise vollverspiegelt in Höhe des Armaturenbrettes vorzusehen. Dies hat den Vorteil, dass die gesamte Windschutzscheibe für die Sicht nach Außen zur Verfügung steht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Bewegung von der zur Strahlversetzung beweglichen Komponente der Projektionseinheit und dem Combiner gekoppelt. Die Kopplung kann elektronisch vorzugsweise über zwei aufeinander abge- stimmte Antriebseinheiten erfolgen. Einfacher ist es mechanisch zu koppeln, über eine Antriebseinheit, welche mit der beweglichen Komponente, dem Combiner oder der Kopplung in Verbindung steht und diese antreibt und eine mechanische Kopplungseinheit der beiden Komponenten. Bei letzterem ist ein Antrieb ausreichend und damit kostengünstiger, die Kopplung erfolgt direkt. Trotz der Verset- zung des Strahlengangs des virtuellen Bildes müssen die Verhältnisse von Ein- und Ausfallswinkeln von Combiner und Projektionseinheit erhalten bleiben, damit es zu keinen optischen Fehlern, Verzerrungen oder Verzeichnungen kommt. Insbesondere darf sich der Combiner nicht aus dem Strahlengang heraus bewegen. Deshalb wird bevorzugt die Bewegung des Combiners auf die Bewegung der opti- sehen Komponente abgestimmt.
Vorzugsweise drehen bzw. schwenken der Combiner und die Strahl versetzende optische Komponente in der Projektionseinheit um dieselbe Achse. Dadurch erfolgt die Strahlversetzung über eine einfache, kontrollierte, gekoppelte Bewegung der Komponente der Projektionseinheit und des Combiners. Die gemeinsame Achse liegt vorteilhafter Weise auf der Oberfläche der Komponente der Projektionseinheit. Vorzugsweise führt die optische Komponente der Projektionseinheit ein Drehbewegung aus, der Combiner eine Schwenkbewegung.
In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Kopplung zwischen Combi- ner und beweglich angeordneter Komponente der Projektionseinheit eine Übersetzung. Diese ermöglicht die Bewegung der Komponenten mit unterschiedlicher Winkelgeschwindigkeit. Dadurch können die mechanischen Bedingungen trotz direkter Kopplung optimal an den Strahlengang angepasst werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Kopplung zwischen Combiner und der beweglich angeordneten optischen Komponente über ein Kopplungsgetriebe realisiert. Dieses bietet eine besonders einfache, kostengünstige und zuverlässige Möglichkeit, die für die Höhenverstellung der Eye-Box notwendige kleine Bewe- gung an der beweglichen optischen Komponente in den entsprechenden Weg umzusetzen, um den der Combiner bewegt werden muss, so dass beide mittels eines elektrischen oder manuellen Antriebs gleichzeitig positioniert werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die mechanische Kopplung mit Übersetzung mittels eines Zahnradgetriebes. Dabei kann die erforderliche Übersetzung über eine entsprechend gewählte Anzahl von Zähnen einfach realisiert werden.
Vorteilhafterweise erfolgt die Bewegung der Komponenten mittels eines Antriebes, der direkt oder indirekt mit einer der gekoppelten Komponenten und/oder der Kopplung verbunden ist. Dadurch kann eine elektronische Höhenverstellung des Head-up Displays erfolgen. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Höhenverstellung automatisch im Rahmen eines sogenannten Eye-Trackings, also einer automatischen Nachführung anhand der Bewegungen der Augen erfolgen kann. Hierzu wird die Bewegung des Auges erfasst, elektronisch umgesetzt und über den Antrieb in eine Nachführbewegung der optischen Komponenten des Combi- ners und der beweglich angeordneten optischen Einheit der Projektionseinheit umgesetzt. Dies ist vor allem deshalb durch die Erfindung vorteilhaft realisierbar, weil hier erfindungsgemäß nur wenige, leichte optische Komponenten um kleine Wege bewegt werden müssen um eine Höhenverstellung des Head-up Displays zu bewirken, nicht aber das gesamte Head-up Display samt Elektronik. Diese Realisierung einer dynamischen Nachführung eröffnet die Möglichkeit, die Eyebox kleiner zu gestalten und ermöglicht damit die Optik Komponenten kleiner und da- mit leichter und preiswerter zu dimensionieren.
Alternativ kann für eine kostengünstigere Version eines Head-up Displays auch eine manuelle Verstellung realisiert werden, welche z.B. mittels eines Einstellhebels ohne Antriebseinheit arbeitet.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen der Projektionseinheit und dem Combiner als beweglich angeordnete Komponente ein Planspiegel angeordnet, der das projizierte Bild auf den Combiner wirft. Sowohl Planspiegel als auch Combiner sind beweglich und vorzugsweise gekoppelt gelagert, so dass über eine gekoppelte Bewegung nur dieser beiden Komponenten eine Höhenanpassung der Eye-Box an den Fahrer bzw. die Sitzeinstellung ermöglicht wird, ohne die Qualität des Bildes zu beeinträchtigen. Die Komponenten der Projektionseinheit, welche aufwändiger zu justieren und Fehler anfälliger sind, bleiben bei diesem vorteilhaften Aufbau unbeweglich angeordnet. Die Abdeckung des Head-up Displays kann dabei in ihrer globalen Position verbleiben. Deren Durchstrahlung mit verändertem Einfallswinkel bei der Bewegung von Combiner und Planspiegel ergibt abhängig von deren Dicke nur eine sehr geringfügige Qualitätseinbuße. Beim Einbau in unterschiedlichen Fahrzeugen, kann diese aber entsprechend dem nominellen Einfallswinkel verbaut werden, so dass keinerlei Verluste hinge- nommen werden müssen. Somit kann eine besonders große Flexibilität bezüglich des Einbaus in unterschiedlichen Fahrzeugen erreicht werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist eine speziell auf die Farb- Spektren angepasste sogenannte Tripple-Notch-Beschichtung, also eine Be- schichtung, die das auf den Combiner projizierte Licht der Projektionseinheit nur in drei schmalen Wellenlängenbereichen reflektiert, auf der reflektiven Konkavseite des Combiners aufgebracht. Hierdurch lässt sich ein mehrfarbiges Head-up Display realisieren, welches maximal viel Licht der Umgebung durch den Combiner hindurch treten lässt und dennoch ein farbiges Anzeigebild bietet.
Der Combiner ist vorzugsweise als Freiformfläche konzipiert. Auch dies unterstützt den kompakten Aufbau der optischen Projektionseinheit bei großer Eye-Box.
Ferner ist anzumerken, dass das Prinzip der Höhenverstellung über eine gekoppelte Bewegung von beweglich gelagertem Planspiegel und Combiner auch bei anderen Ausführungsformen eines Head-up Displays wirkungsvoll einsetzbar sind. Anstelle des Planspiegels wäre es grundsätzlich auch denkbar ein anderes optisches Element wie bspw. eine weitere Linse oder einen Manginspiegel zur Hö- henverstellung der Eye-Box einzusetzen.
Generell ist anzumerken, dass diese Form der Höhenverstellung bei allen Fahrzeugen, Wasserfahrzeugen und auch Flugzeugen besonders vorteilhaft einsetzbar ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das anhand der Zeichnungen eingehend erläutert wird. Sich entsprechende Bauteile in den Figuren sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
Fig. 1 Schematisch ein erfindungsgemäßes Head-up Display in einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 die Kopplung von Planspiegel und Combiner mittels Koppelgetriebe und
Fig. 3a, b die Kopplung von Planspiegel und Combiner mittels Zahnradgetriebe.
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung den Aufbau eines erfindungsgemäßen Head-up Displays, welches in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist. Das Head-up Display weist eine Projektionseinheit 1 und eine Combinereinheit 2 auf. Im Strahlengang zwischen diesen beiden Komponenten befindet sich ein Planspiegel 3, welcher über ein Koppelgetriebe 4 und eine Verlängerung 5 mit dem Combiner 2 in Verbindung steht und eine Abdeckung 6, die die optische Einheit des Head-up Displays im Cockpit des Kraftfahrzeuges einschließt. Projektionseinheit 1 , Planspiegel 3 und Koppelgetriebe 4 befinden sich unterhalb der Abdeckung 6, die Combinereinheit 2 befindet sich oberhalb der Abdeckung vor der Windschutzscheibe 7.
Die Projektionseinheit 1 des erfindungsgemäßen Head-up Displays weist eine Bilderzeugungseinrichtung 8 auf, welche als mittels Leuchtdioden oder anderen Lichtquellen beleuchteter Lichtmodulator wie bspw. LCD oder DMD oder auch als selbst leuchtendes Display ausgebildet ist. Ferner weist die Projektionseinheit 1 eine Kombination aus einer ersten Linse 9, einer zweiten Linse 10 und einem zwischen diesen beiden Linsen 9, 10 angeordneten Manginspiegel 11 auf.
Das vom Head-up Display anzuzeigende Bild wird mittels eines durch dreifarbige LED's beleuchtete LCD 8 erzeugt. Dieses anzuzeigende Bild wird über die opti- sehen Elemente 9, 10 und 11 der Projektionseinheit 1 in ein Zwischenbild 12 abgebildet.
Beim Durchlaufen der Kunststofflinsen 9 und 10 wird das Bild stark vergrößert, so dass ein großer Einblickbereich und ein großes Gesichtsfeld realisiert werden kann, gleichzeitig wird über diese Linsen 9 und 10 eine Abbildung in ein Zwischenbild 12 vorgenommen. Die bei der Abbildung in ein Zwischenbild 12 hervorgerufene Bildfeldwölbung kann dabei direkt durch die Linsen 9 und 10 wieder kompensiert werden, da diese als Positivlinsen ausgebildet sind. Bei dieser Abbil- düng kommt es jedoch insbesondere bei der Verwendung von Kunststofflinsen und der Abbildung mit großem Gesichtsfeld zu starken Farbfehlern. Deshalb wird erfindungsgemäß zwischen den Positivlinsen 9 und 10 ein Manginspiegel 11 angeordnet, über den sowohl eine Faltung des Strahlenganges als auch eine Korrektur der durch die Linsen 9 und 10 hervorgerufenen Farbfehler vorgenommen wird. Um eine optimale Farbfehlerkorrektur gewährleisten zu können sind die Linsen 9 und 10 und die als Bestandteil des Manginspiegels 11 vorgesehene Negativlinse aus sehr ähnlichem, vorzugsweise demselben Material gefertigt. Um die Korrektur der Farblängs- und Farbquerfehler zu gewährleisten, wurde der Manginspiegel 11 so positioniert, dass er in der Aperturblende liegt. Hierdurch können weitere EIe- mente, z. B. mit anderen Dispersionen oder diffraktive optische Elemente zur Farbkorrektur vermieden werden. Die Farbkorrektur wird durch die Kombination von Positivlinse 9 für die telezenthsche Abbildung des auf dem Display 8 erzeugten Bildes, dem Manginspiegel 11 mit seiner Negativlinse und einer weiteren im Strahlengang nach dem Manginspiegel angeordneten Positivlinse 10 allein ge- währleistet. Dies geschieht im Wesentlichen durch die Auswahl ähnlicher bzw. identischer Materialien für die Linsen und die gewählte Position des Manginspiegels 11. Erst hierdurch wird es möglich, ein mehrfarbiges System mit einem großen Gesichtsfeld und einer so großen Eye-Box zu erzeugen. Das Zwischenbild 12 wird über einen Planspiegel 3 und einem Combiner 2 in ein virtuelles Bild projiziert, an dem es vom Fahrer des Kraftfahrzeuges betrachtet werden kann. Der Combiner 2 ist relativ stark gekrümmt, er hat eine hohe Brechkraft. Hierdurch ist es möglich auch die vom Rand der Eye-Box zum Rand des virtuellen Bildes verlaufenden Strahlen zu erfassen ohne dafür extrem große Optikelemente in der Projektionseinheit 1 verwenden zu müssen. Der Combiner 2 ist als Freiformfläche ausgebildet und mehrfach beschichtet. Doppelbild- Unterdrückung, Reflektivität und Transmission werden durch diese Beschichtung gewährleistet. Insbesondere ist hier das so genannte Tripple-Notch-Coating zu erwähnen, eine Beschichtung, welche für drei bestimmte Wellenlängenbereiche eine erhöhte Reflektivität bei konstanter mittlerer Transmission erlaubt. Diese speziell an die Farbspektren angepasste Beschichtung ist auf der reflektiven Konkavseite des Combiners 2 angebracht.
Sowohl Planspiegel 3 als auch Combiner 2 sind beweglich gelagert und über ein Koppelgetriebe 4 und eine Verlängerung 5 dessen miteinander verbunden. Über eine Bewegung des Koppelgetriebes 4 mittels einer nicht dargestellten Antriebseinheit wird das Bild bzw. die Eye-Box des Betrachters höhenverstellt und kann somit auf die Sitzeinstellung oder die Größe des Betrachters angepasst werden. Damit der Combiner 2 bei der Bewegung um den kleinen Winkelbereich nicht aus dem Strahlengang heraus schwenkt, muss der Planspiegel 3 mit halber Winkelgeschwindigkeit nachgedreht werden. Dabei sollen sich der Combiner 2 und der Planspiegel 3 um die selbe Achse drehen, die vorzugsweise auf der Oberfläche des Planspiegels 3 liegen soll. Dies wird durch das in Figur 2 dargestellte Koppel- getriebe 4 ermöglicht. Ein mehrgliedriges Koppelgetriebe 4 ist mit dem Planspiegel 3 verbunden und bewegt über eine Verlängerung 5 auch den in dieser Abbildung nicht mehr zu sehenden Combiner 2. Hierzu ist ein Getriebeglied 41 fest mit dem Planspiegel 3 verbunden, ein weiteres Getriebeglied 42 mit der Verlängerung 5. Der Gelenkpunkt 42 ist ebenso fix wie der Gelenkpunkt 44. Alle anderen Gelenkpunkte sind beweglich und können ihre Position verändern. Das Gelenk- glied 45, welches die Bewegung des Planspiegels 3 motiviert ist nur halb so lang wie das Gelenkglied 46, welches die Bewegung des Combiners 2 veranlasst. Hierdurch wird gewährleistet, dass der Combiner 2 immer um den doppelten Winkelbereich des Planspiegels 3 gedreht wird, so dass sich die Strahleinfallswinkel nicht ändern. Die Glasabdeckung 6 wird bei der Höhenverstellung nicht mit bewegt. Sie kann an ihrer Position bleiben.
Eine weitere Ausführungsform für die Übersetzung der Bewegung bei der Kopplung von Combiner 2 und Planspiegel 3 ist in den Fig. 3a und in einer leicht ver- größerten Darstellung in 3b dargestellt. Die Drehbewegung des Planspiegels 3, wird über ein Planspiegelzahnrad 131 bewirkt, welches mit dem Planspiegel 3 verbunden ist. Dieses Planspiegelzahnrad 131 ist starr mit einem Combinerzahn- rad 132 verbunden, welches die Verlängerung 5 zur Kopplung des Combiners 2 an den Planspiegel 3 mit bewegt. Dadurch erfährt der beweglich angeordnete Combiner 2 eine Schwenkbewegung. Die Zahnräder 131 und 132 werden von Antriebszahnrädern 133 und 134 angetrieben, die in die entsprechenden Zähne eingreifen und welche selbst von einem nicht dargestellten axial angreifenden Antrieb gedreht werden. Die Anzahl der Zähne der Zahnränder 131 und 132 bestimmt das Übersetzungsverhältnis.
Bezugszeichenliste:
1 Projektionseinheit
2 Combinereinheit
3 Planspiegel
4 Koppelgetriebe
5 Verlängerung
6 Abdeckung
7 Windschutzscheibe
8 Bilderzeugungseinrichtung
9 erste Linse
10 zweite Linse
11 Manginspiegel
12 Zwischenbild
13 Zahnradgetriebe
41 Gelenkglied
42 Gelenkglied
43 Fixpunkt
44 Fixpunkt
45 Kurzes Gelenkglied
46 Langes Gelenkglied
131 Planspiegelzahnrad
132 Combinerzahnrad
133 Antriebszahnrad
134 Antriebszahnrad

Claims

Patentansprüche
1. Head-up Display insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einer Projektionseinheit (1 ) zum Erzeugen eines virtuellen Bildes wobei wenigstens ein Bestandteil (3) der Projektionseinheit (1 ) beweglich angeordnet ist, um einen Höhenversatz des virtuellen Bildes zu gewährleisten, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang nach der Projektionseinheit (1 ) ein Combiner (2) zum Betrachten des virtuellen Bildes angeordnet ist, wobei der Combiner (2) ebenfalls beweglich gelagert ist.
2. Head-up Display nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des beweglich angeordneten Bestandteils (3) der Projektionseinheit (1 ) und des Combiners (2) gekoppelt ist.
3. Head-up Display nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche angeordnete Bestandteil (3) der Projektionseinheit (1 ) und der Combiner (2) mechanisch gekoppelt sind.
4. Head-up Display nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der beweglich angeordnete Bestandteil (3) der Projektionseinheit (1 ) und der Combiner (2) dieselbe Dreh- bzw. Schwenkachse aufweisen.
5. Head-up Display nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Achse auf der Oberfläche des beweglich angeordneten Bestandteils (3) der Projektionseinheit (1 ) liegt.
6. Head-up Display nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Über- Setzung der Kopplung, eine Bewegung des beweglich angeordneten Bestand- teils (3) der Projektionseinheit (1 ) um die halbe Winkelgeschwindigkeit des Combiners (2) zulässt.
7. Head-up Display nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopp- lungseinheit (4, 5) ein Kopplungsgetriebe (4) aufweist.
8. Head-up Display nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinheit (4, 5) ein Zahnradgetriebe (13) aufweist.
9. Head-up Display nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebseinheit zur Bewegung des beweglich angeordneten Bestandteiles (3) der Projektionseinheit (1 ) und des Combiners (2), mit dem Bestandteil (3), dem Combiner (2) und/oder der Kopplungseinheit (4, 5) verbunden ist.
10. Head-up Display nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit mit einer Sensorik zur dynamischen Nachführung der Bewegungen des Auges gekoppelt ist.
11. Head-up Display nach Anspruch 1 , 2, 4 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Bestandteil (3) der Projektionseinheit (1 ) ein schwenkbar angeordneter Planspiegel (3) ist.
12. Head-up Display nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Combiner (2) eine teilreflektierende Konkavseite aufweist, an der die Strahlen für das virtuelle Bild reflektiert werden, wobei diese für drei Wellenlängen eine höhere
Reflektivität aufweist als an der Konvexseite.
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